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1、4 培 养 基,基本要求：1)都必须含有作为合成细胞组成的原料，如碳源、氮源、无机盐、生长因子；2)满足一般生化反应的基本条件；3)一定的pH等条件。,适宜大规模发酵的培养基,1）经济2）副产物尽可能少3）原料因地制宜、价格低廉、性能稳定、资源丰富、便于采购运输4）满足总体工艺要求,第一节 培养基的类型及功能,一、培养基的类型,（一）按纯度1、合成培养基：成分明确、稳定。适于科研工作，在生产疫苗时，为了防止蛋白杂质混入，也常用。但营养单一，价格较高。不适于大规模生产。2、天然培养基：天然动植物产品。营养丰富，适于微生物生长。一般不需另加微量元素、维生素等物质；来源丰富、价格低廉，适于工业生产。
2、组分复杂，不易重复，如对原料质量等方面不加控制会影响生产的稳定性。,（二）按状态1、固体培养基：适于菌种和孢子培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类。常用麸皮、大米、小米、禾壳和琼脂等，有的还另加其他营养成分。2、半固体培养基：即在配好的液体培养基中加入少量琼脂，一般用量为0.5-0.8%，培养基即呈半固体状态。主要用于：鉴定菌种，观察细菌运动特征及噬菌体的效价滴定等。3、液体培养基：80-90%是水，内含可溶或不溶营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基，它有利于氧和物质传递。,（三）按用途1、孢子培养基 供菌种繁殖孢子用。要求：能使菌体迅速生长，产生较多优质的孢子，不易引起菌种发生变异。,
3、基本配制要求：第一，营养不要太丰富(特别是有机氮源)，否则不易产孢子。第二，所用无机盐的浓度要适量，不然也会影响孢子产量和颜色。第三，要注意孢子培养基的pH和湿度。,2、种子培养基 供孢子发芽、生长和繁殖菌丝体。要求：营养丰富完全，氮源和维生素的含量高些，总浓度略稀薄，以达到较高溶解氧。一般用天然有机氮源，因为有些氨基酸能刺激孢子发芽。但无机氮源容易利用，有利于菌体迅速生长，所以常包括有机及无机氮源。最后一级的种子培养基最好能较接近发酵培养基，这样可使种子迅速适应，快速生长。,3、发酵培养基 是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。既要迅速生长、又要能迅速合成产物。因此，除有生长所必需的元素和化合物
4、外，还要有产物所需元素、前体和促进剂。生长和合成产物需要的总的碳源、氮源、磷源等的浓度太高，或两阶段各需的最佳条件不同时，则考虑分批补料。,第二节 发酵培养基的成分及来源,工业微生物绝大部分都是异养型微生物，它需要碳水化合物、蛋白质和前体等物质提供能量和构成特定产物的需要。,一、碳源,常用碳源：糖类、油脂、有机酸和低碳醇。,葡萄糖：最易利用，是加速生长的有效的糖。但过多会过分加速菌体呼吸，以致溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。,糖蜜：制糖结晶母液，蔗糖厂的副产物，含丰富的糖、氮、无机盐、维生素等。主要含蔗糖，总糖可达50一75%。甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜的
5、成分有所不同。糖蜜常用在酵母和丙酮丁醇的生产中，抗生素等微生物工业也常用它作碳源。酒精生产中若用糖蜜代甘薯粉，可省去蒸煮、制曲、糖化等过程，简化了工艺。,淀粉、糊精：淀粉在发酵工业中被普通使用，它可克服葡萄糖代谢过快的弊病，同时淀粉来源丰富，价格也比较低廉。常用：玉米淀粉，小麦淀粉和甘薯淀粉等。有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。纤维素和含淀粉较多的野生植物也是今后开发碳源的广阔天地。,油和脂肪：脂肪作碳源时需供给比糖代谢更多的氧，否则，大量脂肪酸和代谢中的有机酸积累，pH下降，影响酶作用。常用的油：豆油、菜油、葵花子油、猪油、鱼油、棉子油等。,有机酸：乳酸、柠檬酸、乙酸等有机酸或它的盐
6、也能作碳源。有机酸的利用常会使pH上升，尤其是有机酸盐氧化时，常伴随着碱性物质的产生。不同碳源在氧化时，对pH的影响各不相同。烃和醇类：正烷烃、乙醇等,二、氮源,A 有机氮源 常用：花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟等。它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被吸收后再进一步分解代谢。,玉米浆：易被利用的氮源，含丰富氨基酸、还原糖、磷、微量元素。含磷酸肌醇，对促进红霉素、链霉素、青霉素和土霉素的生产有作用。玉米来源不同，加工条件不同，玉米浆的成分常有较大波动，在使用时应注意适当调配。,尿素：常用有机氮源 在青霉素、谷氨酸等
7、生产中也常被采用。尤其是在谷氨酸生产中，尿素可提高谷氨酸的生产。有机氮源有的还是产物的前体。,常用的有：铵盐、硝酸盐和氨水等。也称为速效氮源。无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。生理酸性物质：硫酸铵。生理碱性物质：硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。,B 无机氮源,氨水：在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到普遍使用。氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过碱，加强搅拌，并少量多次地加入。另外在氨水中还含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前应用石棉等过滤介质进行除菌过滤。,三、无机盐及微量元素,作为生物活性物质的组成或生理活性
8、作用的调节物。低浓度时对生长和产物合成有促进作用，高浓度时常表现出明显的抑制作用。不同微生物及不同的生长阶段对这些物质的最适浓度要求均不相同。,钴、铜、铁、锰、锌等微量元素，除了合成培养基外，一般不再另外单独加入。但有些发酵上业中也有单独加入微量元素：例如：生产维生素B12，因钴是组成成分，因此需要加入氯化钴。,镁、磷、钾、硫、钙和氯等常以盐的形式加入:,例如：硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二钾、碳酸钙、氯化钾等。,磷 具有重要代谢调节作用，有利于糖代谢，能促进微生物的生长，但磷若过多时，许多产物的合成受抑制。例:链霉素、土霉素、新生霉素、柠檬酸等都受到磷浓度的影响。许多次级代谢过程对磷酸盐的承受限
9、度比生长繁殖过程低，必须严格控制。但也有一些产物要求磷酸盐浓度高些。例如：淀粉酶，添加超过菌体生长所需要的磷酸盐浓度，则能显著增加。,钙：培养基中钙盐过多:形成磷酸钙沉淀 分别消毒或逐渐补加。CaCO3 作为调节缓冲剂，在培养基为中性时加入。,镁：除叶绿素，不参与细胞的组成。酶激活剂，影响基质氧化与蛋白质合成。常以硫酸镁加入，碱性溶液中会生成氢氧化镁沉淀，配料时要注意。,硫；硫是含硫氨基酸的成分和某些辅酶的活性基，如辅酶 A、硫辛酸和谷胱甘肽等。在某些产物中硫是组成元素。在其生产培养基中，需要加入硫酸钠或硫代硫酸钠等含硫化合物作硫源。,铁：是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成分，是菌体有
10、氧氧化必不可少的元素。铁制发酵罐内的溶液即使不加任何含铁化合物，其铁离子浓度已达30 ug/ml。一些天然培养基的原料中也含有铁，所以在一般发酵培养基中不再加入含铁化合物。,有些产品对铁很敏感：例1：青霉素要求最适铁含量在20 ug/ml以下。例2：柠檬酸生产中，铁离子会激活顺乌头酸酶，使柠檬酸进一步代谢为异柠檬酸，据报导在无铁培养基中产酸率可比含铁培养基提高近3倍。例3：生产啤酒时，糖化用水若铁离子浓度高，就会降低酵母发酵活力。,氯：一般不具营养作用，但嗜盐菌除外。在含氯产物发酵中，除从原料和水中带入的氯外，还需加入约0.1%氯化钾以补充氯离子。啤酒糖化时，氯离子在20-60 mg/l内，能
11、赋于啤酒口味柔和，并对酶和酵母的活性有促进作用。但氯含量过高会引起酵母早衰，使啤酒带有咸味。,钠：与维持细胞渗透压有关，故在培养基中常加入少量钠盐，但用量不能过；否则会影响生长。,钾：与细胞渗透压和透性有关，是许多酶的激活剂，能促进糖代谢。在谷氨酸发酵中，菌体生长时需要钾离子约0.01%，生产谷氨酸时需要约为0.02-0.1%(以硫酸钾计)。,四、前体促进剂和抑制剂,1、前体 能直接结合到产物中，而自身结构没有多大变化，但是产物产量却有较大提高。有些前体浓度过高时对菌体有毒性。此外，菌体还能分解前体，因此常采用少量多次地加入。青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加，原因是玉米浆含有苯乙胺，被优先结合到青霉素分子中去。,表4-8 发酵过程中所用的一些前体物质P1072、抑制剂；会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产物，或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。,3、促进剂 指那些既不是营养物又不是前体，但却能提高产量的添加剂。例 控制生物素的加入量，可以促进谷氨酸从细胞内分泌到细胞外。,
